Les microélectrodes peuvent être utilisées pour la mesure directe de signaux électriques dans le cerveau ou le cœur. Ces applications nécessitent des matériaux souples, toutefois. Avec les méthodes existantes, la fixation d'électrodes à de tels matériaux pose des défis importants. Une équipe de l'Université technique de Munich (TUM) a maintenant réussi à imprimer des électrodes directement sur plusieurs substrats souples.

Des chercheurs du TUM et du Forschungszentrum Jülich se sont associés avec succès pour effectuer une impression à jet d'encre sur un ours en gélatine. Cela peut initialement ressembler à des scientifiques en jeu, mais cela ouvre la voie à des changements majeurs dans les diagnostics médicaux. Pour une chose, ce n'était pas une image ou un logo que l'équipe du professeur Bernhard Wolfrum a déposé sur le bonbon à mâcher, mais plutôt un réseau de microélectrodes. Ces composants, composé d'un grand nombre d'électrodes, peut détecter les changements de tension résultant de l'activité dans les neurones ou les cellules musculaires, par exemple.

Seconde, les oursons en gélatine sont doux, ce qui est important lors de l'utilisation de réseaux de microélectrodes dans des cellules vivantes. Les réseaux de microélectrodes existent depuis longtemps. Dans leur forme originale, ils étaient constitués de matériaux durs tels que le silicium. Il en résulte plusieurs inconvénients lorsqu'ils entrent en contact avec des cellules vivantes. Dans le laboratoire, leur dureté affecte la forme et l'organisation des cellules, par exemple. Et à l'intérieur du corps, les matériaux durs peuvent déclencher une inflammation ou la perte des fonctionnalités des organes.

Lorsque les réseaux d'électrodes sont placés directement sur des matériaux mous, ces problèmes sont évités. Cela a suscité des recherches intensives sur de telles solutions. Jusqu'à maintenant, la plupart des initiatives ont utilisé des méthodes traditionnelles qui prennent du temps et nécessitent l'accès à des laboratoires spécialisés coûteux. "Si vous imprimez plutôt les électrodes, vous pouvez produire un prototype relativement rapidement et à moindre coût. Il en va de même si vous devez le retravailler, " dit Bernhard Wolfrum, Professeur de neuroélectronique à la TUM. « Le prototypage rapide de ce type nous permet de travailler de manière entièrement nouvelle. »

Wolfrum et son équipe travaillent avec une version high-tech d'une imprimante à jet d'encre. Les électrodes elles-mêmes sont imprimées avec de l'encre à base de carbone. Pour empêcher les capteurs de capter des signaux parasites, une couche de protection neutre est ensuite ajoutée aux chemins de carbone.

Les chercheurs ont testé le procédé sur divers substrats, dont le polydiméthylsiloxane (PDMS), une forme molle de silicium; agarose, une substance couramment utilisée dans les expériences de biologie; et enfin, diverses formes de gélatine, y compris un ours en gélatine qui a d'abord été fondu puis durci. Chacun de ces matériaux a des propriétés adaptées à certaines applications. Par exemple, les implants recouverts de gélatine peuvent réduire les réactions indésirables dans les tissus vivants.

Grâce à des expériences avec des cultures cellulaires, l'équipe a pu confirmer que les capteurs fournissent des mesures fiables. Avec une largeur moyenne de 30 micromètres, ils permettent également des mesures sur une seule cellule ou sur quelques cellules seulement. Ceci est difficile à réaliser avec les méthodes d'impression établies.

« La difficulté réside dans la mise au point de tous les composants, à la fois la configuration technique de l'imprimante et la composition de l'encre, " dit Nouran Adly, le premier auteur de l'étude. « Dans le cas du PDMS, par exemple, nous avons dû utiliser un prétraitement que nous avons développé juste pour que l'encre adhère à la surface."

Les matrices de microélectrodes imprimées sur des matériaux souples pourraient être utilisées dans de nombreux domaines différents. Ils conviennent non seulement au prototypage rapide en recherche, mais pourrait aussi changer la façon dont les patients sont traités. "À l'avenir, des structures molles similaires pourraient être utilisées pour surveiller les fonctions nerveuses ou cardiaques dans le corps, par exemple, ou même servir de stimulateur cardiaque, " explique le professeur Wolfrum. Actuellement, il travaille avec son équipe pour imprimer des matrices de microélectrodes tridimensionnelles plus complexes. Ils étudient également des capteurs imprimables qui réagissent sélectivement aux substances chimiques, et pas seulement aux fluctuations de tension.